JP4998994B2 - Magnetic recording medium and magnetic storage device using antiferromagnetic interlayer coupling magnetic film - Google Patents

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本発明は、反強磁性的層間結合磁性膜を用いた磁気記録媒体及び磁気記憶装置に関する。さらに詳しくは、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリに関する。 The present invention relates to a magnetic recording medium and a magnetic storage device using an antiferromagnetic interlayer coupling magnetic film. More specifically, the present invention relates to a magnetic recording medium, a perpendicular magnetic recording medium, a magnetic storage device, and a magnetic random access memory including a structure that is magnetically coupled in an antiparallel state.

情報処理技術の発達に伴い、磁気記録媒体の記録密度の向上が求められている。高密度化の要求を満たす磁気記録媒体に必要な特性には、例えばハードディスクでは、熱安定性の向上と低ノイズ化がある。特定の膜厚を有するＲｕ（ルテニウム）などの非磁性層を介して反平行の磁化方向で交換結合する２層の強磁性層を構成し、これら２層に発生する反強磁性的層間結合を利用して、記録ビットの熱安定性を向上し、媒体ノイズを低減しうることが知られている（特許文献１等参照）。   With the development of information processing technology, improvement in recording density of magnetic recording media is required. The characteristics required for a magnetic recording medium that satisfies the demand for higher density include, for example, improved thermal stability and reduced noise in a hard disk. Two layers of ferromagnetic layers exchange-coupled in antiparallel magnetization directions are formed through a nonmagnetic layer such as Ru (ruthenium) having a specific film thickness, and antiferromagnetic interlayer coupling generated in these two layers is formed. It is known that the thermal stability of recording bits can be improved and medium noise can be reduced (see Patent Document 1).

垂直磁気記録方式の構成に含まれる軟磁性裏打ち層の内部に、Ｒｕなどの非磁性層を含む反強磁性的層間結合層を設けることにより、１つの軟磁性層の残留磁化を、別の軟磁性層の反平行磁化と結合させ、軟磁性裏打ち層に由来する巨視的な磁束を相殺して読み取りヘッドに到達しないようにすることで、記録磁化の読み取り時にスパイクノイズを抑制しうることが知られている（特許文献２等参照）。   By providing an antiferromagnetic interlayer coupling layer including a nonmagnetic layer such as Ru inside the soft magnetic backing layer included in the configuration of the perpendicular magnetic recording system, the remanent magnetization of one soft magnetic layer is changed to another soft magnetic layer. It is known that spike noise can be suppressed when recording magnetization is read by combining with antiparallel magnetization of the magnetic layer and canceling macroscopic magnetic flux originating from the soft magnetic underlayer so that it does not reach the read head. (See Patent Document 2 etc.).

磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）に含まれる磁気メモリセルにおいては、フリー層または固定層の内部に、Ｒｕなどの非磁性層を介した反強磁性的層間結合を利用する層構造が含まれることが知られている（非特許文献１等参照）。   In a magnetic memory cell included in a magnetic random access memory, a free layer or a fixed layer includes a layer structure using antiferromagnetic interlayer coupling via a nonmagnetic layer such as Ru. It is known (see Non-Patent Document 1 etc.).

なお、発明者らは、単結晶酸化鉄膜を成膜する装置を用いて目的基板上に金属鉄膜を成膜しうるとともに、前記鉄をオゾンガスで酸化しながら単結晶絶縁酸化鉄膜を成膜しうる発明を出願している（特許文献３参照）。
特許第３８４８０７２号 特許第３７３１６４０号 特開平２００６−３２７９２０ Ｗ．Ｊ．Ｇａｌｌａｇｈｅｒ ａｎｄ Ｓ．Ｓ．Ｐ．Ｐａｒｋｉｎ， ＩＢＭ ＲＥＳ．＆ＤＥＶ．， ＮＯ．１ ｐａｇｅ ５〜２３Ａ（２００６） The inventors can form a metal iron film on a target substrate using an apparatus for forming a single crystal iron oxide film, and form a single crystal insulated iron oxide film while oxidizing the iron with ozone gas. An invention that can be formed has been filed (see Patent Document 3).
Japanese Patent No. 3848072 Japanese Patent No. 3731640 JP 2006-327920 A W. J. et al. Gallagher and S.M. S. P. Parkin, IBM RES. & DEV. , NO. 1 page 5-23A (2006)

しかし、ＣｏやＲｕは希少金属であり、情報処理技術の発達によりコンピュータ用ハードディスク装置などの高密度の磁気記録媒体の需要が高まって価格が上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因によりこれらの原料価格の高騰、供給不安定などの問題があった。   However, Co and Ru are rare metals, and due to the development of information processing technology, the demand for high-density magnetic recording media such as computer hard disk drives has increased, and the price has risen. Due to these factors, there have been problems such as soaring raw material prices and unstable supply.

本発明は、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a magnetic recording medium, a perpendicular magnetic recording medium, a magnetic storage device, and a magnetic random access memory including a structure that is magnetically coupled in an antiparallel state without using a rare metal such as Co or Ru. Objective.

本発明者らは、蒸着法でエピタキシャルマグヘマイト膜を成膜しうる装置を開発し、成膜したマグヘマイト膜と鉄薄膜とが非磁性膜を介して結合させた磁性膜において反強磁性的層間結合が生じることを見出した。また、層間結合強度の絶対値は１ミリジュール／平方メートル以上であって、室温環境において反強磁性的層間結合を利用しうることを見出したことによって、本発明を完成するに至った。   The present inventors have developed an apparatus capable of forming an epitaxial maghemite film by vapor deposition, and antiferromagnetic interlayer coupling in a magnetic film in which the formed maghemite film and an iron thin film are bonded via a nonmagnetic film. Has been found to occur. Moreover, the absolute value of the interlayer coupling strength is 1 millijoule / square meter or more, and the present invention has been completed by finding that the antiferromagnetic interlayer coupling can be used in a room temperature environment.

（１） 第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体であって、前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなる磁気記録媒体。   (1) A magnetic recording medium including a structure in which a first magnetic layer and a second magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer, wherein the first magnetic layer is spinel type or The second magnetic layer is made of an oxide having a reverse spinel type ionic crystal structure, and the nonmagnetic layer is made of an alloy containing a single ferromagnetic material, and the nonmagnetic layer has a band gap of 3 eV. To 8 eV of an insulating material.

（１）の第１磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅＣｒＯ２を用いることができる。逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物としては、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。 For the first magnetic layer (1), for example, FeCrO 2 can be used as an oxide having a spinel type ionic crystal structure. For example, Fe 3 O 4 or Fe 2 NiO 4 can be used as the oxide having an inverse spinel ionic crystal structure. The magnetic oxide contained in the first magnetic layer only needs to have a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure, and may be another oxide such as MnFe 2 O 4 , CuFe 2 O 4 , or MgFe 2 O 4. .

（１）の第２磁性層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。   For the second magnetic layer (1), for example, Fe, Ni, or an alloy containing these can be used. The metal or alloy contained in the second magnetic layer may be anything as long as it contains a single metal having ferromagnetism.

（１）の絶縁物層には、例えばＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらを含む絶縁物を用いることができる。 For the insulator layer (1), for example, MgO, ZrO 2 , Al 2 O 3 or an insulator containing these can be used.

（２） （１）に記載の磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である磁気記録媒体。 (2) The magnetic recording medium according to (1), wherein the oxide is triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing triiron tetroxide, and the metal is iron (Fe). A magnetic recording medium in which the alloy is a metal made of an alloy containing iron and the insulator is magnesium oxide (MgO).

（２）の酸化物は、真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。   As the oxide (2), triiron tetroxide or an oxide containing triiron tetroxide formed using a vacuum evaporation apparatus or the like can be used. A crystal of triiron tetroxide may be prepared in advance, or triiron tetroxide obtained by reacting iron and oxygen may be arranged in a film.

（２）の金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅまたはＦｅを含む合金膜を用いることができる。   As the metal of (2), Fe or an alloy film containing Fe formed using a vacuum deposition apparatus or the like can be used.

（２）の絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。   As the insulator (2), an MgO film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（２）の金属の磁化容易方向は、真空蒸着法により成膜したＦｅ結晶においてはＦｅの容易磁化方向である結晶［１００］方向が膜面と平行になることが知られている。本発明の磁気記録媒体に含まれる金属の成膜においては、容易磁化方向を膜面と略並行に設けうる成膜法を適宜選択して用いることができる。   Regarding the easy magnetization direction of the metal of (2), it is known that the crystal [100] direction, which is the easy magnetization direction of Fe, is parallel to the film surface in an Fe crystal formed by vacuum deposition. In film formation of the metal contained in the magnetic recording medium of the present invention, a film formation method capable of providing the easy magnetization direction substantially in parallel with the film surface can be appropriately selected and used.

（２）の酸化物層を製作する方法の好ましい例としては、基板材料として酸化マグネシウム（００１）面を用いる。該基板は、例えば酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用いることができる。到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽を用いて基板を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度２２０℃、酸素ガス圧力０．０００４Ｐａ以上においてＦｅの反応性蒸着により、四酸化三鉄層を基板上に成長させる。前記鉄は鉄成分が９９．９５％の金属鉄であり、前記純酸素ガスは酸素成分が９０％以上の純酸素であることが好ましい。   As a preferred example of the method (2) for producing the oxide layer, a magnesium oxide (001) plane is used as a substrate material. As the substrate, for example, a magnesium oxide substrate and a polishing substrate can be used. After the substrate was heat-treated at 700 ° C. for 1 hour using a vacuum tank having a degree of ultimate vacuum of 0.00000133 Pa, the iron tetraoxide layer was formed by reactive deposition of Fe at a substrate temperature of 220 ° C. and an oxygen gas pressure of 0.0004 Pa or higher. Grow on substrate. The iron is preferably metallic iron having an iron component of 99.95%, and the pure oxygen gas is preferably pure oxygen having an oxygen component of 90% or more.

（２）の磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、前記のように基板上に四酸化三鉄膜を成膜した後にＦｅ膜を成膜してもよく、基板上にＦｅ膜を成膜した後に酸化物膜を成膜してもよい。   In the production of the magnetic film contained in the magnetic recording medium of (2), the Fe film may be formed after the formation of the triiron tetroxide film on the substrate as described above, and the Fe film is formed on the substrate. An oxide film may be formed after the film formation.

（３） （２）に記載の磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍを超え０．７ｎｍ以下である磁気記録媒体。   (3) The magnetic recording medium according to (2), wherein the thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is more than 0 nm and not more than 0.7 nm.

（３）の絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（３）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。   The film thickness of the insulator in (3) may be any film thickness that causes antiferromagnetic interlayer coupling between the oxide film and the metal film in the structure of oxide film / insulator film / metal film, It can be arbitrarily set within the range of the film thickness of (3).

（４） （１）に記載の磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である磁気記録媒体。 (4) The magnetic recording medium according to (1), wherein the oxide is spinel ferrite excluding triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing the spinel ferrite, and the metal is iron ( Fe), the alloy is a metal made of an alloy containing iron, and the insulator is magnesium oxide (MgO).

（４）の酸化物は、例えば、真空蒸着装置などを用いて成膜したマグヘマイト（γ―Ｆｅ２Ｏ３）またはマグヘマイトを含む酸化物を用いることが望ましい。あらかじめマグヘマイトの結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られるマグヘマイトを膜状に並べてもよい。 As the oxide (4), it is desirable to use, for example, maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or an oxide containing maghemite formed using a vacuum deposition apparatus or the like. Maghemite crystals may be prepared in advance, or maghemite obtained by reacting iron and oxygen may be arranged in a film.

（４）の酸化物はマグヘマイトに限らず、室温環境における電気抵抗率が１Ωｍを超え１０００００Ωｍ以下である、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＦｅＣｒＯ２、Ｆｅ２ＮｉＯ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。 The oxide of (4) is not limited to maghemite, and may have a spinel type or reverse spinel type ionic crystal structure in which the electrical resistivity in a room temperature environment is more than 1 Ωm and not more than 100000 Ωm, and other oxides such as FeCrO 2 , Fe 2 NiO 4 , MnFe 2 O 4 , CuFe 2 O 4 , and MgFe 2 O 4 may be used.

（４）の金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅまたはＦｅを含む合金を用いることができる。   As the metal of (4), Fe or an alloy containing Fe formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（４）の絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。   As the insulator of (4), an MgO film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（４）の金属の磁化容易方向は、真空蒸着法により成膜したＦｅ結晶においてはＦｅの容易磁化方向である結晶［１００］方向が膜面と平行になることが知られている。本発明の磁気記録媒体に含まれる金属の成膜においては、容易磁化方向を膜面と略並行に設けうる成膜法を適宜選択して用いることができる。   As for the easy magnetization direction of the metal of (4), it is known that the crystal [100] direction, which is the easy magnetization direction of Fe, is parallel to the film surface in an Fe crystal formed by vacuum deposition. In film formation of the metal contained in the magnetic recording medium of the present invention, a film formation method capable of providing the easy magnetization direction substantially in parallel with the film surface can be appropriately selected and used.

（４）の酸化物層を製作する方法の好ましい例としては、基板材料として酸化マグネシウム（００１）面を用いる。該基板は、例えば酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用いることができる。到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽を用いて基板を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度２２０℃、オゾンガス圧力０．０００４Ｐａ以上においてＦｅの反応性蒸着により、マグヘマイト層を基板上に成長させる。前記鉄は鉄成分が９９．９５％の金属鉄であり、前記オゾンガスは酸素成分が９０％以上の純オゾンであることが好ましい。   As a preferred example of the method for producing the oxide layer of (4), a magnesium oxide (001) plane is used as a substrate material. As the substrate, for example, a magnesium oxide substrate and a polishing substrate can be used. After the substrate was heat-treated at 700 ° C. for 1 hour using a vacuum chamber with a degree of ultimate vacuum of 0.00000133 Pa, a maghemite layer was grown on the substrate by reactive vapor deposition of Fe at a substrate temperature of 220 ° C. and an ozone gas pressure of 0.0004 Pa or higher. Let The iron is preferably metallic iron having an iron component of 99.95%, and the ozone gas is preferably pure ozone having an oxygen component of 90% or more.

（４）の磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。   In the production of the magnetic film included in the magnetic recording medium of (4), an oxide film may be formed on the substrate, an insulating film may be formed, and then a metal film may be formed. Alternatively, an oxide film may be formed by forming an insulator film after forming a metal film.

（５） （４）に記載の磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気記録媒体。   (5) The magnetic recording medium according to (4), wherein a thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is 0.3 nm to 1.3 nm.

（５）の絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（５）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。   The film thickness of the insulator of (5) may be any film thickness in which antiferromagnetic interlayer coupling occurs between the oxide film and the metal film in the structure of oxide film / insulator film / metal film, It can be arbitrarily set within the range of the film thickness of (5).

本発明の磁気記録媒体においては、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成があればよく、該構成の界面でない膜面の一方または両方に、他の金属、合金、磁性体、非磁性体、絶縁体、電気的良導体が接触していてもよい。   In the magnetic recording medium of the present invention, it is only necessary to have an oxide film / insulator film / metal film structure, and other metal, alloy, magnetic material, non-magnetic material is provided on one or both of the film surfaces that are not the interface of the structure. The body, the insulator, and the electrical good conductor may be in contact with each other.

本発明の磁気記録媒体においては、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の１層を用いてもよく、複数の層を重ねて多層膜を構成してもよく、多層膜を構成する際に本発明の１層と１層の間に本発明の磁性膜以外の構成による膜構造を介在させてもよく、反強磁性的層間結合を有する薄膜構造が本発明の磁性膜によれば、他の構造物の組成と構造は特に問わない。   In the magnetic recording medium of the present invention, one layer of oxide film / insulator film / metal film may be used, or a plurality of layers may be stacked to form a multilayer film. A film structure having a configuration other than the magnetic film of the present invention may be interposed between one layer of the present invention, and a thin film structure having an antiferromagnetic interlayer coupling may be used according to the magnetic film of the present invention. The composition and structure of the structure are not particularly limited.

本発明の磁気記録媒体は、コンピュータ用ハードディスクなどの磁気記録媒体の磁気記録層において、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性多層膜を含む磁気記録層に置き換えて使用することができる。本発明の磁気記録媒体は、磁気情報の記録層の一部または全体に用いることができる。本発明の磁気記録媒体に含まれる磁気記録層の層構造の数は特に問わない。   The magnetic recording medium of the present invention can be used in place of a magnetic recording layer including a magnetic multilayer film having a nonmagnetic layer using Ru or the like in a magnetic recording layer of a magnetic recording medium such as a computer hard disk. . The magnetic recording medium of the present invention can be used for part or all of the recording layer of magnetic information. The number of layer structures of the magnetic recording layer included in the magnetic recording medium of the present invention is not particularly limited.

（６） 垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、前記第１軟磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記第２軟磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなる垂直磁気記録媒体。   (6) A perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular magnetic recording layer and a soft magnetic backing layer, wherein the soft magnetic backing layer includes a first soft magnetic layer and a second soft magnetic layer via a nonmagnetic layer, The first soft magnetic layer is made of an oxide having a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure, and the second soft magnetic layer is a single layer. A perpendicular magnetic recording medium made of a metal having ferromagnetism or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone and the nonmagnetic layer being made of an insulator having a band gap of 3 eV to 8 eV.

（６）の軟磁性裏打ち層を構成する第１軟磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅＣｒＯ２を用いることができる。また、第１軟磁性層には逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１軟磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。 For the first soft magnetic layer constituting the soft magnetic underlayer of (6), for example, FeCrO 2 can be used as an oxide having a spinel type ionic crystal structure. For the first soft magnetic layer, for example, Fe 3 O 4 or Fe 2 NiO 4 can be used as an oxide having an inverse spinel ionic crystal structure. The magnetic oxide contained in the first soft magnetic layer only needs to have a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure, and other oxides such as MnFe 2 O 4 , CuFe 2 O 4 , and MgFe 2 O 4 may also be used. Good.

（６）の第２軟磁性層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２軟磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。   For the second soft magnetic layer of (6), for example, Fe, Ni, or an alloy containing these can be used. The metal or alloy contained in the second soft magnetic layer may be anything as long as it contains a single metal having ferromagnetism.

（６）の絶縁物層には、例えばＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらを含む絶縁物を用いることができる。 For the insulator layer (6), for example, MgO, ZrO 2 , Al 2 O 3, or an insulator containing these can be used.

（７） （６）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。 (7) The perpendicular magnetic recording medium according to (6), wherein the oxide is triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing triiron tetroxide, and the metal is iron (Fe). And the alloy is a metal made of an alloy containing iron, and the insulator is magnesium oxide (MgO).

（７）の酸化物層は、真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物膜を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。   As the oxide layer of (7), triiron tetroxide or an oxide film containing triiron tetroxide formed using a vacuum evaporation apparatus or the like can be used. A crystal of triiron tetroxide may be prepared in advance, or triiron tetroxide obtained by reacting iron and oxygen may be arranged in a film.

（７）の第２軟磁性層は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。   For the second soft magnetic layer of (7), an Fe film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like or an alloy film containing Fe can be used.

（７）の絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。   As the insulator of (7), an MgO film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（７）の垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。   In the production of the magnetic film included in the perpendicular magnetic recording medium of (7), an insulator film may be formed after forming an oxide film on the substrate, and then a metal film may be formed. An oxide film may be formed by forming an insulator film after forming a metal film thereon.

（８） （７）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍを超え０．７ｎｍ以下である磁気記録媒体。   (8) The perpendicular magnetic recording medium according to (7), wherein the thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is more than 0 nm and not more than 0.7 nm.

（８）の絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生すればよく、（８）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。   The film thickness of the insulator of (8) is sufficient if antiferromagnetic interlayer coupling occurs between the oxide film and the metal film in the structure of oxide film / insulator film / metal film. It can be set arbitrarily within the range of film thickness.

（９） （６）に記載の垂直磁気記録媒体であって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である垂直磁気記録媒体。 (9) The perpendicular magnetic recording medium according to (6), wherein the oxide is spinel ferrite excluding triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing the spinel ferrite, and the metal is iron A perpendicular magnetic recording medium of (Fe), wherein the alloy is a metal made of an alloy containing iron, and the insulator is magnesium oxide (MgO).

（９）の酸化物は、たとえば、真空蒸着装置などを用いて成膜したマグヘマイト（γ―Ｆｅ２Ｏ３）またはマグヘマイトを含む酸化物を用いることが望ましい。あらかじめマグヘマイトの結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られるマグヘマイトを膜状に並べてもよい。 As the oxide (9), it is desirable to use, for example, maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or an oxide containing maghemite formed by using a vacuum deposition apparatus or the like. Maghemite crystals may be prepared in advance, or maghemite obtained by reacting iron and oxygen may be arranged in a film.

（９）の酸化物はマグヘマイトに限らず、室温環境における電気抵抗率が１Ωｍを超え１０００００Ωｍ以下である、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＦｅＣｒＯ２、Ｆｅ２ＮｉＯ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。 The oxide of (9) is not limited to maghemite, and may have a spinel type or reverse spinel type ionic crystal structure whose electric resistivity in a room temperature environment is more than 1 Ωm and not more than 100000 Ωm, and other oxides such as FeCrO 2 , Fe 2 NiO 4 , MnFe 2 O 4 , CuFe 2 O 4 , and MgFe 2 O 4 may be used.

（９）の金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅまたはＦｅを含む合金を用いることができる。   As the metal of (9), Fe or an alloy containing Fe formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（９）の絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。   As the insulator of (9), an MgO film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（９）の垂直磁気記録媒体に含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。   In the manufacture of the magnetic film contained in the perpendicular magnetic recording medium of (9), an insulator film may be formed after forming an oxide film on the substrate, and then a metal film may be formed. An oxide film may be formed by forming an insulator film after forming a metal film thereon.

（１０） （９）に記載の磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気記録媒体。   (10) The magnetic recording medium according to (9), wherein a thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is 0.3 nm to 1.3 nm.

（１０）の絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（１０）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。   The film thickness of the insulator of (10) may be any film thickness in which antiferromagnetic interlayer coupling occurs between the oxide film and the metal film in the structure of oxide film / insulator film / metal film, It can be arbitrarily set within the range of the film thickness of (10).

本発明に係る磁性膜を含む、垂直磁気記録方式の軟磁性裏打ち層は、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ軟磁性裏打ち層に置き換えて使用することができる。本発明に係る磁性膜は、軟磁性裏打ち層の一部または全体に用いることができる。軟磁性裏打ち層に含まれる磁性膜の層の数は特に問わない。   The soft magnetic backing layer of the perpendicular magnetic recording system including the magnetic film according to the present invention can be used in place of a conventional soft magnetic backing layer having a nonmagnetic layer using Ru or the like. The magnetic film according to the present invention can be used for a part or the whole of the soft magnetic backing layer. The number of magnetic film layers included in the soft magnetic underlayer is not particularly limited.

（１１） （１）から（１０）のいずれか１項に記載の磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。   (11) The magnetic recording medium or the perpendicular magnetic recording medium according to any one of (1) to (10), and a head for recording and / or reproducing information on the magnetic recording medium or the perpendicular magnetic recording medium And a magnetic storage device.

（１１）の磁気記憶装置は、円板状の基板の上に磁気記録媒体を製作し、円板状の磁気記録媒体を回転させ、記録ヘッドを用いて磁気記録媒体の表面に磁気記録を書き込み、再生ヘッドを用いて記録磁気を読み取ることが知られている。コンピュータハードディスクなどで用いられている磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。   The magnetic storage device of (11) manufactures a magnetic recording medium on a disk-shaped substrate, rotates the disk-shaped magnetic recording medium, and writes the magnetic recording on the surface of the magnetic recording medium using a recording head. It is known to read recorded magnetism using a reproducing head. The basic configuration itself of a magnetic storage device used in a computer hard disk or the like is known, and detailed description thereof is omitted in this specification.

（１１）の磁気記憶装置に含まれる磁気記録媒体の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。また、磁気記憶装置に含まれる磁気記憶媒体の形状は円板に限ったものではなく、細長いテープ状でもよく、形状は問わない。   The number of magnetic recording media included in the magnetic storage device of (11) is not limited to one, but may be two or three, and the number is not limited. Only one side of one magnetic recording medium may be used for magnetic recording, or both sides may be used for magnetic recording. In addition, the shape of the magnetic storage medium included in the magnetic storage device is not limited to a circular plate, and may be an elongated tape shape, and the shape is not limited.

（１２） 磁気記憶領域を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、前記磁気記憶領域は第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合して磁極が固定された状態の固定層を有し、前記固定層の第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、前記固定層の第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、前記非磁性層がバンドギャップ３ｅＶから８ｅＶの絶縁物からなる磁気ランダムアクセスメモリ。 (12) A magnetic random access memory having a magnetic storage area, wherein the first magnetic layer and the second magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer. A fixed layer having a fixed magnetic pole , wherein the first magnetic layer of the fixed layer is made of an oxide having a spinel-type or inverse spinel-type ionic crystal structure, and the second magnetic layer of the fixed layer is a single body A magnetic random access memory comprising a metal having ferromagnetism or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone and the nonmagnetic layer comprising an insulator having a band gap of 3 eV to 8 eV.

（１２）の磁気ランダムアクセスメモリの磁気記憶領域に含まれる、反平行結合して磁極が固定された状態の固定層の第１磁性層には、スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅＣｒＯ２を用いることができる。また、第１磁性層には逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物として、例えばＦｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮｉＯ４を用いることができる。第１磁性層に含まれる磁性酸化物は、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４，ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。 The first magnetic layer of the fixed layer in the magnetic storage area of the magnetic random access memory of (12) in a state where the magnetic pole is fixed by antiparallel coupling is formed as an oxide having a spinel type ionic crystal structure, For example, FeCrO 2 can be used. Further, the first magnetic layer can be used as an oxide having a ionic crystal structure of inverse spinel, for example Fe 3 O 4, Fe 2 NiO 4. Magnetic oxide contained in the first magnetic layer may if it has an ionic crystal structure of spinel or inverse spinel, other oxides, such as MnFe 2 O 4, CuFe 2 O 4, even MgFe 2 O 4 Good.

（１２）の第２磁性層には、例えばＦｅ、Ｎｉ、またはこれらを含む合金を用いることができる。第２磁性層に含まれる金属または合金は、単体で強磁性を有する金属を含むものであれば何でもよい。 (12) The second magnetic layer, it is possible to use, for example, Fe, Ni or alloys thereof. The metal or alloy contained in the second magnetic layer may be anything as long as it contains a single metal having ferromagnetism.

（１２）の絶縁物層には、例えばＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはこれらを含む絶縁物を用いることができる。 For the insulator layer of (12), for example, MgO, ZrO 2 , Al 2 O 3 or an insulator containing these can be used.

（１３） （１２）に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）または四酸化三鉄を含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である磁気ランダムアクセスメモリ。 (13) The magnetic random access memory according to (12), wherein the oxide is triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing triiron tetroxide, and the metal is iron (Fe). A magnetic random access memory in which the alloy is a metal made of an alloy containing iron and the insulator is magnesium oxide (MgO).

（１３）の酸化物は、真空蒸着装置などを用いて成膜した四酸化三鉄または四酸化三鉄を含む酸化物を用いることができる。あらかじめ四酸化三鉄の結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られる四酸化三鉄を膜状に並べてもよい。   As the oxide of (13), triiron tetroxide or oxide containing triiron tetroxide formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used. A crystal of triiron tetroxide may be prepared in advance, or triiron tetroxide obtained by reacting iron and oxygen may be arranged in a film.

（１３）の金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅ膜またはＦｅを含む合金膜を用いることができる。   As the metal of (13), an Fe film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like or an alloy film containing Fe can be used.

（１３）の絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。   As the insulator of (13), an MgO film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（１３）の磁気ランダムアクセスメモリに含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。   In the manufacture of the magnetic film included in the magnetic random access memory according to (13), an insulating film may be formed after forming an oxide film on the substrate, and then a metal film may be formed. An oxide film may be formed by forming an insulator film after forming a metal film thereon.

本発明の磁気記録媒体は、磁気ランダムアクセスメモリに含まれる磁性層において、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性層に置き換えて使用することができる。磁気メモリセルにおける磁性層の数は特に問わない。   The magnetic recording medium of the present invention can be used in place of a magnetic layer having a nonmagnetic layer using Ru or the like in the magnetic layer included in the magnetic random access memory. The number of magnetic layers in the magnetic memory cell is not particularly limited.

（１４） （１３）に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍを超え０．７ｎｍ以下である磁気記録媒体。   (14) The magnetic random access memory according to (13), wherein a thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is more than 0 nm and not more than 0.7 nm.

（１４）の絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（１４）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。   The film thickness of the insulator of (14) may be any film thickness in which antiferromagnetic interlayer coupling occurs between the oxide film and the metal film in the structure of oxide film / insulator film / metal film, It can be arbitrarily set within the range of the film thickness of (14).

（１４）の絶縁物は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの内部に含まれた状態で、酸化物層と金属層との間にトンネル電流が流れる程度の膜厚を有することが好ましい。   It is preferable that the insulator of (14) has such a thickness that a tunnel current flows between the oxide layer and the metal layer while being included in the magnetic random access memory of the present invention.

（１５） （１２）に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を除くスピネルフェライトまたは当該スピネルフェライトを含む酸化物であり、前記金属が鉄（Ｆｅ）であり、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、前記絶縁物が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である磁気ランダムアクセスメモリ。   (15) The magnetic random access memory according to (12), wherein the oxide is spinel ferrite excluding triiron tetroxide (Fe3O4) or an oxide containing the spinel ferrite, and the metal is iron (Fe) A magnetic random access memory in which the alloy is a metal made of an alloy containing iron and the insulator is magnesium oxide (MgO).

（１５）の酸化物は、たとえば、真空蒸着装置などを用いて成膜したマグヘマイト（γ―Ｆｅ２Ｏ３）またはマグヘマイトを含む酸化物を用いることが望ましい。あらかじめマグヘマイトの結晶を用意してもよく、鉄と酸素とを反応させて得られるマグヘマイトを膜状に並べてもよい。 As the oxide of (15), for example, it is desirable to use maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or an oxide containing maghemite formed by using a vacuum deposition apparatus or the like. Maghemite crystals may be prepared in advance, or maghemite obtained by reacting iron and oxygen may be arranged in a film.

（１５）の酸化物はマグヘマイトに限らず、室温環境における電気抵抗率が１Ωｍを超え１０００００Ωｍ以下である、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有すればよく、他の酸化物、例えばＦｅＣｒＯ２、Ｆｅ２ＮｉＯ４、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＣｕＦｅ２Ｏ４、ＭｇＦｅ２Ｏ４でもよい。 The oxide of (15) is not limited to maghemite, and may have a spinel type or reverse spinel type ionic crystal structure in which the electrical resistivity in a room temperature environment is more than 1 Ωm and not more than 100000 Ωm, and other oxides such as FeCrO 2 , Fe 2 NiO 4 , MnFe 2 O 4 , CuFe 2 O 4 , and MgFe 2 O 4 may be used.

（１５）の金属は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＦｅまたはＦｅを含む合金を用いることができる。   As the metal of (15), Fe or an alloy containing Fe formed by using a vacuum deposition apparatus or the like can be used.

（１５）の絶縁物は、真空蒸着装置などを用いて成膜したＭｇＯ膜を用いることができる。   As the insulator of (15), an MgO film formed using a vacuum vapor deposition apparatus or the like can be used.

（１５）の磁気ランダムアクセスメモリに含まれる磁性膜の製作においては、基板上に酸化物膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、その後に金属膜を成膜してもよく、基板上に金属膜を成膜した後に絶縁物膜を成膜し、酸化物膜を成膜してもよい。   In the manufacture of the magnetic film included in the magnetic random access memory of (15), an oxide film may be formed on the substrate, an insulator film may be formed, and then a metal film may be formed. An oxide film may be formed by forming an insulator film after forming a metal film thereon.

（１６） （１５）に記載の磁気記録媒体であって、前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気記録媒体。   (16) The magnetic recording medium according to (15), wherein a thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is 0.3 nm to 1.3 nm.

（１６）の絶縁物の膜厚は、酸化物膜／絶縁物膜／金属膜の構成において、酸化物膜と金属膜の間に反強磁性的層間結合が発生する膜厚であればよく、（１６）の膜厚の範囲で任意に設定しうる。   The film thickness of the insulator of (16) may be any film thickness in which antiferromagnetic interlayer coupling occurs between the oxide film and the metal film in the structure of oxide film / insulator film / metal film, It can be arbitrarily set within the range of the film thickness of (16).

（１６）の絶縁物は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの内部に含まれた状態で、酸化物層と金属層との間にトンネル電流が流れる程度の膜厚を有することが好ましい。   It is preferable that the insulator of (16) has such a thickness that a tunnel current flows between the oxide layer and the metal layer in a state where it is included in the magnetic random access memory of the present invention.

本発明の磁気記録媒体は、磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいて、従来のＲｕ等を用いた非磁性層をもつ磁性層に置き換えて使用することができる。磁気メモリセルにおける磁性層の数は特に問わない。   The magnetic recording medium of the present invention can be used in a magnetic memory cell of a magnetic random access memory in place of a magnetic layer having a nonmagnetic layer using conventional Ru or the like. The number of magnetic layers in the magnetic memory cell is not particularly limited.

本発明によれば、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を使用することなく、反強磁性的層間結合を有する磁性膜を活用した応用品を提供することができる。すなわち、希少金属を使用することなく熱安定性の向上と低ノイズ化を図った磁気記録媒体を構成できる。また、希少金属を使用することなく、磁気記録媒体のスパイクノイズを抑制しうる軟磁性裏打ち層有した垂直磁気記録方式などによる高密度記録が可能な磁気記録媒体を提供できる。並びにこれらの磁気記録媒体を活用した磁気記憶装置を提供することができる。さらに、希少金属を使用することなく、磁気ランダムアクセスメモリを構成しうる磁気メモリセルを提供できる。   According to the present invention, an application product using a magnetic film having antiferromagnetic interlayer coupling can be provided without using rare metals such as Co and Ru. That is, it is possible to configure a magnetic recording medium with improved thermal stability and reduced noise without using a rare metal. Further, it is possible to provide a magnetic recording medium capable of high-density recording by a perpendicular magnetic recording system having a soft magnetic underlayer capable of suppressing spike noise of the magnetic recording medium without using a rare metal. In addition, a magnetic storage device using these magnetic recording media can be provided. Further, it is possible to provide a magnetic memory cell that can constitute a magnetic random access memory without using a rare metal.

本発明によれば、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属の使用に伴う問題、すなわち、需要増加に伴い価格上昇し、また、産出地域の偏在や、政治情勢などの要因により原料価格の高騰、供給不安定などの問題を避けることができる。   According to the present invention, problems associated with the use of rare metals such as Co and Ru, that is, the price increases as demand increases, the price of raw materials rises due to factors such as the uneven distribution of production areas and political conditions, Problems such as stability can be avoided.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. This is merely an example, and the technical scope of the present invention is not limited to this.

＜実施例１＞
実施例１では、本発明の磁気記録媒体の製造方法により、製作した磁性膜に反強磁性的層間結合が発生することを示す。 <Example 1>
Example 1 shows that antiferromagnetic interlayer coupling occurs in the magnetic film manufactured by the method of manufacturing a magnetic recording medium of the present invention.

図１は、本発明の磁気記録媒体の構成を示す図であり、該磁気記録媒体は、基板３の上に第１磁性層２、絶縁物層４、第２磁性層３を設ける構成を有する。図２は、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜を製作するための、成膜装置を示す図である。図３は、本発明の磁気記録媒体の酸化物膜を構成しうる、四酸化三鉄のイオン結晶構造と、マグへマイトのイオン結晶構造を示す図である。本発明に係る、四酸化三鉄を除く酸化物層に含まれる酸化物は、マグヘマイトに限らず、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有する酸化物から適宜選択して用いることができる。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic recording medium according to the present invention. The magnetic recording medium has a configuration in which a first magnetic layer 2, an insulator layer 4, and a second magnetic layer 3 are provided on a substrate 3. . FIG. 2 is a diagram showing a film forming apparatus for manufacturing a magnetic film included in the magnetic recording medium of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an ionic crystal structure of triiron tetroxide and an ionic crystal structure of maghemite that can constitute the oxide film of the magnetic recording medium of the present invention. The oxide contained in the oxide layer excluding triiron tetroxide according to the present invention is not limited to maghemite, and can be appropriately selected from oxides having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure.

図２を用い、基板上に酸化物膜と酸化マグネシウム膜と鉄薄膜からなる磁性膜を製作する手順を示す。基板としては、例えば、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍの大きさの酸化マグネシウムヘキカイ基板および研磨基板を用意し、これらのＭｇＯ（００１）面を用いることができる。   A procedure for manufacturing a magnetic film made of an oxide film, a magnesium oxide film and an iron thin film on a substrate will be described with reference to FIG. As the substrate, for example, a magnesium oxide hekikai substrate and a polishing substrate having a size of 10 mm in length and 20 mm in width are prepared, and these MgO (001) surfaces can be used.

到達真空度０．０００００１３３Ｐａ程度の真空槽１３内において、原材料である鉄１４はるつぼ１５内に入れて、電子銃１６の電子ビーム１７を照射、加熱して蒸発させる。基板１１は、酸化物膜２が成膜されるべき表面が鉄１４の蒸発面を向くよう、真空槽１３内に設置される。   In the vacuum chamber 13 having a degree of ultimate vacuum of about 0.00000133 Pa, the raw material iron 14 is put in a crucible 15 and irradiated with an electron beam 17 of an electron gun 16 and heated to evaporate. The substrate 11 is placed in the vacuum chamber 13 so that the surface on which the oxide film 2 is to be formed faces the evaporation surface of the iron 14.

可変リークバルブ２１を閉じた状態で、ヒータ２５を用いて基板１１を７００℃で１時間熱処理した後、基板温度を２２０℃に維持する。次いで、可変リークバルブ２１を開き、酸化源ガス発生装置１９からノズル２２を経由して真空槽１３内へ酸化源ガスを導入する。ノズル２２は真空槽１３内において基板１１の方向を向くように配置されている。真空槽内の酸化源ガス圧が０．０００４Ｐａ以上となるよう、可変リークバルブ２１を調節する。Ｆｅの反応性蒸着によって酸化物層を膜厚１３ｎｍまで製作させる。この際に、Ｆｅの成長レートを０．００５ｎｍ毎秒程度に制御すると、構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。   With the variable leak valve 21 closed, the substrate 11 is heat-treated at 700 ° C. for 1 hour using the heater 25, and then the substrate temperature is maintained at 220 ° C. Next, the variable leak valve 21 is opened, and the oxidation source gas is introduced from the oxidation source gas generator 19 into the vacuum chamber 13 via the nozzle 22. The nozzle 22 is arranged in the vacuum chamber 13 so as to face the direction of the substrate 11. The variable leak valve 21 is adjusted so that the oxidation source gas pressure in the vacuum chamber is 0.0004 Pa or more. An oxide layer is formed to a thickness of 13 nm by reactive deposition of Fe. At this time, if the growth rate of Fe is controlled to about 0.005 nm per second, a thin film with a uniform structure and good quality can be obtained.

酸化源ガスとして純酸素ガスを用いると四酸化三鉄膜が成膜され、純オゾンガスを用いるとマグヘマイト膜が成膜される。   When pure oxygen gas is used as the oxidation source gas, a triiron tetroxide film is formed, and when pure ozone gas is used, a maghemite film is formed.

図３（ａ）は、四酸化三鉄のイオン結晶を模式的に示す図である。４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに鉄原子が入った構造が３次元的に隣接し、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの単位格子を形成し、絶対温度１２０Ｋ付近で金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）が見られることが知られている。   FIG. 3A is a diagram schematically showing an ion crystal of triiron tetraoxide. The structure containing iron atoms in the 4-coordinate site A and the 6-coordinate site B is three-dimensionally adjacent to form a unit cell with a unit cell size of 0.84 nm. It is known that (Verway transition) is observed.

四酸化三鉄膜の成膜においては、Ｖｅｒｗｅｙ転移として知られる四酸化三鉄の金属絶縁物転移温度における電気伝導度変化が、Ｆｅの成長レートの異なる場合の膜製作と比べて急峻に表れることから、前記Ｆｅの成長レートにおいて構造が均一で良質な薄膜を得ることができる。   In film formation of triiron tetroxide film, the change in electrical conductivity at the metal-insulator transition temperature of triiron tetroxide, known as the Verwey transition, appears sharper than film production when the growth rate of Fe is different. Therefore, a thin film having a uniform structure and a high quality can be obtained at the growth rate of the Fe.

図３（ｂ）は、発明者らがＸ線回折（ＸＲＤ）により解析したマグへマイトのイオン結晶構造（格子構造）を模式的に示す図である。（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．５（２００６）０５４７０８）図３のように、四酸化三鉄のＢサイト（スピネルの結晶構造において、酸素原子が作る８面体の中心部に配位した鉄原子の位置）から１／３個の鉄原子が抜けた構造であると考えられ、ユニットセルサイズ０．８４ｎｍの立方晶である四酸化三鉄の３倍の単位胞を持つ正方晶系の構造となっている。   FIG. 3B is a diagram schematically showing an ionic crystal structure (lattice structure) of maghemite analyzed by the inventors by X-ray diffraction (XRD). (J. Phys. Soc. Jpn., Vol. 75, No. 5 (2006) 054708) As shown in FIG. 3, the center of the octahedron formed by oxygen atoms in the B site of triiron tetroxide (in the spinel crystal structure) It is thought that the structure is a structure in which 1/3 of the iron atoms are removed from the position of the iron atom coordinated to the part), and a unit cell three times that of triiron tetroxide, which is a cubic crystal with a unit cell size of 0.84 nm, is formed. It has a tetragonal structure.

図４に、前記製造法により成膜した、ＭｇＯ基板上のマグヘマイト膜と、ＭｇＯ基板上の四酸化三鉄膜における、温度対電気抵抗率特性を示す。マグヘマイト膜については典型的な２例を示す。酸化源に純オゾンガスを使用して製作したマグヘマイト膜の温度対電気抵抗率は、絶対温度１００Ｋ付近から室温２９７Ｋ付近までの温度領域において高温ほど電気抵抗率が低下する傾向を示し、室温付近では１Ωｍ以上、１０００００Ωｍ以下の電気抵抗率を有する。   FIG. 4 shows temperature versus electrical resistivity characteristics of the maghemite film on the MgO substrate and the triiron tetroxide film on the MgO substrate formed by the above manufacturing method. Two typical examples of the maghemite film are shown. The temperature versus electrical resistivity of the maghemite film fabricated using pure ozone gas as the oxidation source shows a tendency that the electrical resistivity decreases as the temperature increases in the temperature range from about 100 K to about 297 K at room temperature. The electric resistivity is 100000 Ωm or less.

一方、酸化源に純酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗特性７においては、横軸の絶対温度１２０Ｋ付近に注目すると、四酸化三鉄に特徴的なＶｅｒｗｅｙ転移にともなう電気抵抗変化が明瞭である。室温２９７Ｋ付近に注目すると、縦軸の電気抵抗率の値は０．０００１Ωｍ以下である。   On the other hand, in the temperature vs. electrical resistance characteristic 7 of the triiron tetroxide film manufactured using pure oxygen gas as the oxidization source, focusing on the horizontal axis near 120 K absolute temperature, the Verwey transition characteristic of triiron tetroxide The change in electrical resistance is clear. When attention is paid to the vicinity of the room temperature of 297 K, the value of the electrical resistivity on the vertical axis is 0.0001 Ωm or less.

また、図４において、酸化源に１０％オゾンガス、９０％酸素ガスを使用して製作した四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率特性８に注目すると、絶対温度１２０Ｋ付近でのＶｅｒｗｅｙ転移は不明瞭であり、室温付近での電気抵抗率は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜よりも高い値を示す。これらの現象は、純酸素で酸化した四酸化三鉄膜の結晶が、９０％酸素ガスで酸化した四酸化三鉄膜の結晶よりも高い均一度をもつことを示唆する。すなわち、四酸化三鉄膜を利用する場合は、前記製造方法において、酸化源ガスとして純酸素を用いることにより、四酸化三鉄膜と金属膜とを含む磁性膜における反強磁性的層間結合を最大限に利用しうる。   Further, in FIG. 4, when attention is paid to the temperature-electric resistivity characteristic 8 of the triiron tetroxide film manufactured using 10% ozone gas and 90% oxygen gas as the oxidation source, the Verwey transition at an absolute temperature of around 120 K is not observed. It is clear and the electrical resistivity near room temperature shows a higher value than that of the triiron tetroxide film oxidized with pure oxygen. These phenomena suggest that the crystal of the triiron tetroxide film oxidized with pure oxygen has higher uniformity than the crystal of the triiron tetroxide film oxidized with 90% oxygen gas. That is, when a triiron tetroxide film is used, in the manufacturing method described above, by using pure oxygen as an oxidizing source gas, antiferromagnetic interlayer coupling in a magnetic film including a triiron tetroxide film and a metal film is achieved. It can be used to the maximum.

図５に、本発明の磁気記録媒体に含まれる、ＭｇＯ基板上マグヘマイト膜と、ＭｇＯ基板上四酸化三鉄膜の成膜中における、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）像強度の時間変化の状況を示す。   FIG. 5 shows the time change of RHEED (reflection high-energy electron diffraction) image intensity during the formation of the maghemite film on the MgO substrate and the triiron tetroxide film on the MgO substrate included in the magnetic recording medium of the present invention. Indicates.

図５が振動波形を有することから、マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜のいずれも成膜過程において、それぞれの表面は格子面方位がそろった状態で成長している。また、図５の振動波形の周期は、経過時間とＦｅ成長レートとの積から計算される、膜厚の０．２１ｎｍごとの成長に相当する。像強度が一定速度の膜厚の成長にしたがい周期変化することは、前記製造方法で作成したマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜とも、１層が形成された後にその上に次の層が形成されるように成長していることを示している。   Since FIG. 5 has a vibration waveform, both surfaces of the maghemite film and the triiron tetroxide film are grown in a state in which the lattice plane orientation is aligned in the film forming process. The period of the vibration waveform in FIG. 5 corresponds to the growth of every 0.21 nm of the film thickness calculated from the product of the elapsed time and the Fe growth rate. The image intensity changes periodically as the film thickness grows at a constant speed. Both the maghemite film and the triiron tetroxide film prepared by the above-described manufacturing method form the next layer on the first layer after it is formed. It shows that it is growing.

さらに、図３（ａ）、図３（ｂ）に示したように、マグヘマイト結晶、四酸化三鉄結晶のユニットセルサイズは０．８４ｎｍであり、ＲＨＥＥＤ像強度の周期振動が示す膜厚０．２１ｎｍの値は、格子定数の４分の一に相当することから、製作したマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜の表面は格子定数の４分の一程度の平坦性をもつと考えられ、前記製造方法を用いることで、良好な平坦性を有するマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜を製作できる。   Further, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the unit cell size of the maghemite crystal and the ferric tetroxide crystal is 0.84 nm, and the film thickness of 0. 0 which the periodic vibration of the RHEED image intensity shows. Since the value of 21 nm corresponds to a quarter of the lattice constant, the surface of the manufactured maghemite film and ferric tetroxide film is considered to have a flatness of about a quarter of the lattice constant. By using this method, a maghemite film and a triiron tetroxide film having good flatness can be manufactured.

マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜を製作した後に、基板温度を室温まで下げ、ＭｇＯを蒸着する。ＭｇＯ膜厚は、マグヘマイト膜の上に成膜する場合は０．３ｎｍ〜１．３ｎｍの範囲に設定し、四酸化三鉄膜の上に成膜する場合は０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下の範囲に設定する。続いて、鉄を膜厚３ｎｍ程度に蒸着して、本発明の磁性膜が製作される。ＭｇＯおよび鉄の蒸着法は周知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。   After producing the maghemite film and the triiron tetroxide film, the substrate temperature is lowered to room temperature and MgO is deposited. The MgO film thickness is set in the range of 0.3 nm to 1.3 nm when formed on the maghemite film, and the range of 0 nm to 0.7 nm when formed on the triiron tetroxide film. Set to. Subsequently, iron is deposited to a thickness of about 3 nm to produce the magnetic film of the present invention. The deposition method of MgO and iron is well known, and detailed description thereof is omitted in this specification.

以上述べたように、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、基板上にマグヘマイト膜、四酸化三鉄膜、ＭｇＯ膜、鉄膜を成膜して製作できる。本発明の磁気記録媒体には、用途に応じてキャップ層、電気配線層などを含むことができる。成膜後のマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜は、それぞれ単一の層として使用してもよく、複数のマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜を積層して使用してもよく、積層間に絶縁層または非磁性層を含んでもよい。   As described above, the magnetic film included in the magnetic recording medium of the present invention can be manufactured by forming a maghemite film, a triiron tetroxide film, an MgO film, or an iron film on a substrate. The magnetic recording medium of the present invention can include a cap layer, an electric wiring layer, and the like depending on the application. The maghemite / MgO / iron film and the triiron tetroxide / MgO / iron film after film formation may each be used as a single layer, and a plurality of maghemite / MgO / iron films, triiron tetroxide / MgO / Iron films may be stacked and used, and an insulating layer or a nonmagnetic layer may be included between the stacked layers.

本発明に係る、四酸化三鉄を除く酸化物層に含まれる酸化物は、マグヘマイトに限らず、スピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造を有する酸化物から適宜選択して用いることができる。   The oxide contained in the oxide layer excluding triiron tetroxide according to the present invention is not limited to maghemite, and can be appropriately selected from oxides having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure.

＜実施例２＞
実施例２では、本発明に係る、四酸化三鉄／ＭｇＯ／鉄膜に、室温環境下で利用可能な反強磁性的層間結合が発生することを示す。 <Example 2>
Example 2 shows that antiferromagnetic interlayer coupling that can be used in a room temperature environment occurs in a triiron tetroxide / MgO / iron film according to the present invention.

図６（ａ）を用いて、ＭｇＯ膜を介在させずに、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化特性を示す。外部磁場を印加した際に磁性膜に誘発されて生じる磁化の強度は、磁気円二色性計測法を用い、鉄膜表面での偏光の反射を観測することで計測できる。   FIG. 6A shows the magnetization characteristics of a magnetic film in which an iron film having a thickness of 3 nm is formed on a triiron tetraoxide film having a thickness of 13 nm without an MgO film interposed. The intensity of magnetization induced by the magnetic film when an external magnetic field is applied can be measured by observing the reflection of polarized light on the iron film surface using a magnetic circular dichroism measurement method.

図６（ａ）において、外部磁場をゼロから一方向に増加させていくと磁気円二色性強度の絶対値も増加するが、外部磁場の絶対値が増加するに従い、磁気円二色性強度の増加はゆるやかになる。外部磁場を減少し、ゼロ磁場を経由して極性を反転させると、磁気円二色性強度は符号反転して前記の磁気飽和と同様の状況を逆符号の領域でも示す。   In FIG. 6A, when the external magnetic field is increased from zero to one direction, the absolute value of the magnetic circular dichroism intensity also increases. However, as the absolute value of the external magnetic field increases, the magnetic circular dichroic intensity increases. The increase will be gradual. When the external magnetic field is decreased and the polarity is reversed via the zero magnetic field, the magnetic circular dichroism intensity is reversed in sign and the same situation as the magnetic saturation described above is also shown in the reverse sign region.

図６（ｂ）に、膜厚１３ｎｍの四酸化三鉄膜の上に、膜厚１．４ｎｍのＭｇＯ膜を成膜し、さらにその上に膜厚３ｎｍの鉄膜を成膜した磁性膜の磁化曲線を、鉄膜表面における磁気円二色性強度として示す。図６（ｂ）においては、横軸に示す外部磁場がゼロの値において、縦軸の磁気円二色性強度が、図６（ａ）に示した本発明に係る磁性膜よりも有意に大きな絶対値をもつ値を有している。ＭｇＯ膜が介在する磁性膜の鉄膜表面においては、外部磁化を取り去った後も、四酸化三鉄と鉄膜が直接結合した磁性膜よりも大きな残留磁化が発生することが示されている。   FIG. 6B shows a magnetic film in which an MgO film having a thickness of 1.4 nm is formed on a triiron tetraoxide film having a thickness of 13 nm and an iron film having a thickness of 3 nm is further formed thereon. The magnetization curve is shown as the magnetic circular dichroism intensity on the iron film surface. In FIG. 6B, when the external magnetic field shown on the horizontal axis is zero, the magnetic circular dichroism intensity on the vertical axis is significantly larger than that of the magnetic film according to the present invention shown in FIG. It has a value that has an absolute value. On the iron film surface of the magnetic film interposing the MgO film, even after removing the external magnetization, it is shown that a larger residual magnetization is generated than the magnetic film in which triiron tetroxide and the iron film are directly bonded.

また、図６（ｂ）において、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。   In FIG. 6B, in the region where the absolute value of the external magnetic field shown on the horizontal axis exceeds 5 × 79.6 × 1000 [A / m], the magnetic circular dichroism intensity on the vertical axis hardly changes. It is shown that the iron film is magnetically saturated.

一方、図６（ａ）においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、ＭｇＯ膜を介在しない四酸化三鉄／鉄膜からなる磁性膜は磁束飽和に達していないことが示されている。   On the other hand, in FIG. 6A, the magnetic circular dichroism intensity on the vertical axis increases or decreases even in the region where the absolute value of the external magnetic field shown on the horizontal axis exceeds 5 × 79.6 × 1000 [A / m]. Therefore, it is shown that the magnetic film made of triiron tetroxide / iron film without the MgO film does not reach the magnetic flux saturation.

すなわち、四酸化三鉄膜／鉄膜からなる磁性膜においては、残留磁化が抑圧され、磁気飽和点の上昇が見られことから、四酸化三鉄膜／鉄膜との２膜に反強磁性的層間結合が発生したことが示されている。   That is, in a magnetic film composed of a triiron tetroxide film / iron film, residual magnetization is suppressed and an increase in the magnetic saturation point is observed. It is shown that an interlaminar bond has occurred.

非磁性体であるＭｇＯは、反強磁性的層間結合を生じる磁性層間の非磁性層に用いうることが知られており、反平行に磁性結合した四酸化三鉄膜／鉄膜の間にＭｇＯ膜を介在させれば、ＭｇＯ膜厚を制御することで層間結合を制御しうることは十分に予想しうる。   It is known that MgO which is a non-magnetic material can be used for a non-magnetic layer between magnetic layers that generates antiferromagnetic interlayer coupling, and MgO is formed between a triiron tetroxide film / iron film magnetically coupled in antiparallel. If a film is interposed, it can be sufficiently predicted that the interlayer coupling can be controlled by controlling the MgO film thickness.

図７に、四酸化三鉄膜（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／鉄膜（膜厚３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、四酸化三鉄膜と鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。   FIG. 7 shows an antiferromagnetic interlayer coupling constant between a triiron tetroxide film and an iron film measured for a laminated film composed of a triiron tetroxide film (film thickness: 13 nm) / MgO film / iron film (film thickness: 3 nm). Of the MgO film thickness.

まず、層間結合定数の算出について説明する。磁気異方性を無視し、２つの磁性層の物理的配置が平行と仮定し、鉄膜の飽和磁化が四酸化三鉄膜の飽和磁化と比べて十分大きいと仮定し、次式を層間結合定数として定義する。

Figure 0004998994
ここに、Ｊは層間結合定数［ジュール／平方メートル］、Ｈｓは飽和磁場［アンペア／メートル］、Ｍｓは磁性層の飽和磁化［テスラ、または、ｋｇ毎秒毎秒毎アンペア］、ｔは四酸化三鉄層の膜厚［メートル］である。 First, calculation of the interlayer coupling constant will be described. Ignoring the magnetic anisotropy, assuming that the physical arrangement of the two magnetic layers is parallel, assuming that the saturation magnetization of the iron film is sufficiently larger than the saturation magnetization of the triiron tetroxide film, Define as a constant.
Figure 0004998994
 Where J is the interlayer coupling constant [Joule / square meter], Hs is the saturation magnetic field [ampere / meter], Ms is the saturation magnetization of the magnetic layer [Tesla, or kg per second per amp per second], and t is the iron trioxide layer. The film thickness is [m].

一例として、図６（ａ）に矢印Ｍ点で示した計測点における層間結合定数Ｊ値の算出を示す。横軸からＨｓの値は１０×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］、Ｍｓの値は約０．２３［テスラ］相当、鉄膜の膜厚は３［ｎｍ］であるので、式１を用いて層間結合定数Ｊ値として約１．１［ｍＪ／平方メートル］が得られる。   As an example, the calculation of the interlayer coupling constant J value at the measurement point indicated by the arrow M in FIG. From the horizontal axis, the value of Hs is 10 × 79.6 × 1000 [A / m], the value of Ms is about 0.23 [Tesla], and the film thickness of the iron film is 3 [nm]. By using it, an interlayer coupling constant J value of about 1.1 [mJ / square meter] is obtained.

ＭｇＯ膜厚の異なる磁性多層膜を製作し、各試料について求めたＪ値を補間することにより、図７に示した、四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性が得られる。   Antiferromagnetic interlayer coupling constants in the triiron tetroxide film / MgO film / iron film shown in FIG. 7 by fabricating magnetic multilayer films having different thicknesses of MgO and interpolating the J values obtained for the respective samples. MgO film thickness dependence is obtained.

図７においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍ以下の条件において、四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜に含まれる四酸化三鉄膜と鉄膜との間に反強磁性的層間結合が発生することが示された。   In FIG. 7, it is shown that the interlayer coupling constant J depends on the thickness of the MgO film which is a nonmagnetic layer. Under the condition that the MgO film thickness is about 0.7 nm or less, the triiron tetroxide film / MgO film / It has been shown that antiferromagnetic interlayer coupling occurs between the triiron tetroxide film and the iron film contained in the iron film.

本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍ以下の条件で反強磁性的層間結合が発生し、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。   In the magnetic film composed of triiron tetroxide film / MgO film / iron film included in the magnetic recording medium of the present invention, antiferromagnetic interlayer coupling occurs under the condition that the MgO film thickness is about 0.7 nm or less, and Ru A magnetic thin film having antiferromagnetic interlayer coupling can be provided without using a rare metal such as.

図８は、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜における、反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図８は、本発明の磁気記録媒体においては、磁性膜に含まれる四酸化三鉄の金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）温度以上の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリなどの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうる。   FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of antiferromagnetic interlayer coupling in a magnetic film composed of triiron tetroxide film / MgO film / iron film included in the magnetic recording medium of the present invention. FIG. 8 shows that in the magnetic recording medium of the present invention, the coupling constant of the antiferromagnetic interlayer coupling is remarkable in the temperature region higher than the metal-insulator transition (Verway transition) temperature of ferric tetroxide contained in the magnetic film. Therefore, the magnetic film included in the magnetic recording medium of the present invention has a magnetic recording medium, a soft magnetic underlayer, a magnetic storage device, a magnetic recording medium at room temperature or a temperature environment close to room temperature. When operating in a form such as a random access memory, the antiferromagnetic interlayer coupling can be maintained.

以上示したように、本発明の磁気記録媒体に含まれる四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合が発生し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。   As described above, in the magnetic film composed of the triiron tetroxide film / MgO film / iron film included in the magnetic recording medium of the present invention, antiferromagnetic interlayer coupling is achieved without using a rare metal such as Ru. Occurs and can maintain antiferromagnetic interlayer coupling, especially in a temperature environment near room temperature.

＜実施例３＞
実施例３では、本発明に係る、マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜に、室温環境下で利用可能な反強磁性的層間結合が発生することを示す。 <Example 3>
Example 3 shows that an antiferromagnetic interlayer coupling that can be used in a room temperature environment occurs in a maghemite / MgO / iron film according to the present invention.

図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記の四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜において示した、磁気円二色性計測法を用いて計測した、マグヘマイト（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ／鉄膜（膜厚０．３ｎｍ）を積層した磁性膜の鉄膜表面における磁化曲線であり、図９（ａ）はＭｇＯ膜厚０ｎｍ、図９（ｂ）はＭｇＯ膜厚０．７ｎｍ、図９（ｃ）はＭｇＯ膜厚１．５ｎｍのそれぞれに対応する。   9A, 9B, and 9C show maghemite (film thickness: 13 nm) / thickness measured using the magnetic circular dichroism measurement method shown in the above-described triiron tetroxide film / MgO film / iron film. FIG. 9A is a magnetization curve on the surface of an iron film of a magnetic film in which an MgO / iron film (film thickness of 0.3 nm) is laminated. FIG. 9A shows an MgO film thickness of 0 nm, and FIG. FIG. 9C corresponds to the MgO film thickness of 1.5 nm.

マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜の磁化曲線は、図９（ａ）、図９（ｃ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０ｎｍ、１．５ｎｍの２つの磁性膜においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が１×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域では、縦軸の磁気円二色性強度はほとんど変化せず、鉄膜が磁気飽和したことが示されている。一方、図９（ｂ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜においては、横軸に示す外部磁場の絶対値が１×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］を超える領域においても、縦軸の磁気円二色性強度には増減が表れていることから、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜は磁束飽和に達していないことが示されている。   As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (c), the magnetization curve of the maghemite / MgO / iron film shows the external magnetization indicated by the horizontal axis in the two magnetic films having the MgO film thickness of 0 nm and 1.5 nm. In the region where the absolute value of the magnetic field exceeds 1 × 79.6 × 1000 [A / m], the magnetic circular dichroism intensity on the vertical axis hardly changes, indicating that the iron film is magnetically saturated. On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the magnetic film having an MgO film thickness of 0.7 nm, the absolute value of the external magnetic field shown on the horizontal axis exceeds 1 × 79.6 × 1000 [A / m]. Also in the region, since the magnetic circular dichroism intensity on the vertical axis shows an increase and decrease, it is indicated that the magnetic film with the MgO film thickness of 0.7 nm does not reach the magnetic flux saturation.

さらに、図９（ａ）、図９（ｃ）に示されるマグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜の磁化曲線は、外部磁場が絶対値０．５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］程度の領域において増減すると、外部磁場の符号に応じて磁性膜が磁化され、磁束飽和近傍に達することが示されている。一方、図９（ｂ）に示されるように、ＭｇＯ膜厚が０．７ｎｍの磁性膜においては、外部磁場が絶対値０．５×７９．６×１０００［Ａ／ｍ］程度の領域において増減すると、磁性膜に生じる磁化の強度は、ＭｇＯ膜厚０ｎｍ、ＭｇＯ膜厚１．５ｎｍの場合の１割程度であることが示されており、これはＭｇＯ膜厚に依存して透磁率が変化し、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの計測においては、ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍにおいて透磁率がもっとも低下したことを示している。   Further, the magnetization curves of the maghemite / MgO / iron film shown in FIGS. 9A and 9C are in the region where the external magnetic field has an absolute value of about 0.5 × 79.6 × 1000 [A / m]. It is shown that when increasing or decreasing, the magnetic film is magnetized according to the sign of the external magnetic field and reaches near the magnetic flux saturation. On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the magnetic film having an MgO film thickness of 0.7 nm, the external magnetic field increases and decreases in the region where the absolute value is about 0.5 × 79.6 × 1000 [A / m]. Then, it is shown that the intensity of magnetization generated in the magnetic film is about 10% of the case where the MgO film thickness is 0 nm and the MgO film thickness is 1.5 nm, and the magnetic permeability changes depending on the MgO film thickness. In the three measurements of FIGS. 9A, 9B, and 9C, it is shown that the magnetic permeability is the lowest when the MgO film thickness is 0.7 nm.

すなわち、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて示したように、マグヘマイト／ＭｇＯ／鉄膜からなる磁性膜においては、ＭｇＯ膜厚に依存してマグヘマイト膜と鉄膜との間に反強磁性的層間結合が生じ、ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍ近傍において、反強磁性的層間結合の強度が最大となることが示されている。   That is, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, in the magnetic film made of maghemite / MgO / iron film, depending on the MgO film thickness, there is a gap between the maghemite film and the iron film. It has been shown that antiferromagnetic interlayer coupling occurs and the strength of antiferromagnetic interlayer coupling is maximized in the vicinity of the MgO film thickness of 0.7 nm.

図１０に、マグヘマイト膜（膜厚１３ｎｍ）／ＭｇＯ膜／鉄膜（膜厚３ｎｍ）からなる積層膜について計測した、マグヘマイト膜と鉄膜との反強磁性的層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す。層間結合定数Ｊの算出法は、既述した通りである。ＭｇＯ膜厚０．７ｎｍにおいて、反強磁性的層間結合定数Ｊの値として約１．３［ｍＪ／平方メートル］が得られた。   FIG. 10 shows the dependence of the antiferromagnetic interlayer coupling constant between the maghemite film and the iron film on the MgO film thickness measured for a laminated film composed of maghemite film (film thickness 13 nm) / MgO film / iron film (film thickness 3 nm). Indicates. The calculation method of the interlayer coupling constant J is as described above. An antiferromagnetic interlayer coupling constant J of about 1.3 [mJ / square meter] was obtained at an MgO film thickness of 0.7 nm.

図１０においては、層間結合定数Ｊが、非磁性層であるＭｇＯ膜の厚さに依存することが示され、ＭｇＯ膜厚が約０．７ｎｍの条件において、マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜に含まれるマグヘマイト膜と鉄膜との反強磁性的層間結合が最大となる。   FIG. 10 shows that the interlayer coupling constant J depends on the thickness of the MgO film, which is a nonmagnetic layer. In the condition that the MgO film thickness is about 0.7 nm, the maghemite film / MgO film / iron film is formed. The antiferromagnetic interlayer coupling between the contained maghemite film and the iron film is maximized.

本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく反強磁性的層間結合を有する磁性薄膜を提供できる。   In the magnetic film comprising maghemite film / MgO film / iron film contained in the magnetic recording medium of the present invention, a magnetic thin film having antiferromagnetic interlayer coupling can be provided without using a rare metal such as Ru.

図１１は、本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜における、反強磁性的層間結合の温度依存性を示す図である。図１１は、本発明の磁気記録媒体においては、極低温から室温の温度領域において、反強磁性的層間結合の結合定数の顕著な減少がないことを示しており、このことから、本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、室温または室温に近い温度環境下で、磁気記録媒体、軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気ランダムアクセスメモリなどの形態に含まれて動作する場合に、反強磁性的層間結合を維持しうる。   FIG. 11 is a diagram showing the temperature dependence of antiferromagnetic interlayer coupling in a magnetic film composed of maghemite film / MgO film / iron film included in the magnetic recording medium of the present invention. FIG. 11 shows that in the magnetic recording medium of the present invention, there is no significant decrease in the coupling constant of the antiferromagnetic interlayer coupling in the temperature range from extremely low temperature to room temperature. When a magnetic film included in a magnetic recording medium operates in the form of a magnetic recording medium, a soft magnetic underlayer, a magnetic storage device, a magnetic random access memory, or the like in a temperature environment at or near room temperature, Ferromagnetic interlayer coupling can be maintained.

以上示したように、本発明の磁気記録媒体に含まれるマグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜からなる磁性膜においては、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合が発生し、とりわけ室温近辺の温度環境において反強磁性的層間結合を維持しうる。   As described above, in the magnetic film comprising the maghemite film / MgO film / iron film included in the magnetic recording medium of the present invention, antiferromagnetic interlayer coupling occurs without using a rare metal such as Ru, In particular, antiferromagnetic interlayer coupling can be maintained in a temperature environment around room temperature.

＜実施例４＞
実施例４は、本発明に係る磁性膜を含む、垂直磁気記録方式の軟磁性裏打ち層に関するものである。 <Example 4>
Example 4 relates to a perpendicular magnetic recording type soft magnetic backing layer including a magnetic film according to the present invention.

図１２を用いて、本発明の磁気記録媒体に係る、垂直磁気記録方式に含まれる軟磁性裏打ち層の構成を説明する。   The structure of the soft magnetic backing layer included in the perpendicular magnetic recording system according to the magnetic recording medium of the present invention will be described with reference to FIG.

高密度記録が可能な垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、記録ビット３９を保持する垂直磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が存在し、磁気情報の書き込み時には書き込みヘッド３７、磁気記録層４１、軟磁性裏打ち層４２が磁気回路を構成する。書き込みヘッド３７が移動して記録磁化が供給されなくなると、軟磁性裏打ち層４２を構成する金属層４０には残留磁化が生じるが、絶縁物層４５を介して金属層４０と反強磁性的層間結合を有する酸化物層４４に生じる反平行の磁化によって相殺され、軟磁性裏打ち層４２に由来する巨視的な静磁化は減少する。これにより、磁気情報の読み取り時に、読み取りヘッド３８に到達する軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減できる。典型的にはスパイクノイズとして読み取られる軟磁性裏打ち層４２由来の磁束を低減することで、記録ビット３９由来の磁束の読み出しをより安定に高精度に行える。   In a perpendicular magnetic recording type magnetic recording medium capable of high-density recording, a perpendicular magnetic recording layer 41 and a soft magnetic backing layer 42 for holding a recording bit 39 exist, and a write head 37 and a magnetic recording layer are used when writing magnetic information. 41, the soft magnetic backing layer 42 constitutes a magnetic circuit. When the write head 37 moves and no recording magnetization is supplied, residual magnetization is generated in the metal layer 40 constituting the soft magnetic underlayer 42, but the metal layer 40 and the antiferromagnetic layer are interposed via the insulator layer 45. The macroscopic static magnetization derived from the soft magnetic underlayer 42 is reduced by the antiparallel magnetization generated in the oxide layer 44 having a bond. Thereby, the magnetic flux derived from the soft magnetic backing layer 42 reaching the read head 38 can be reduced when reading magnetic information. By reducing the magnetic flux derived from the soft magnetic backing layer 42 that is typically read as spike noise, the magnetic flux derived from the recording bit 39 can be read more stably and accurately.

図１２に示した、本発明に係る軟磁性裏打ち層４２を含む垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、読み取りヘッド３８が拾うノイズを低減する目的で反強磁性的層間結合を利用するにあたり、Ｒｕなどの希少金属を用いる必要はない。   In the perpendicular magnetic recording type magnetic recording medium including the soft magnetic underlayer 42 according to the present invention shown in FIG. 12, in order to reduce noise picked up by the read head 38, antiferromagnetic interlayer coupling is used. It is not necessary to use a rare metal such as Ru.

本発明に係る垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、従来型の軟磁性裏打ち層を、本発明に係る磁性膜を含む軟磁性裏打ち層で置き換えた構成を有する。本発明に係る磁性膜を含む垂直磁気記録方式の磁気記録媒体においては、Ｒｕなどの希少金属を必要とせずに、垂直磁気記録媒体における軟磁性裏打ち層を構成しうる。   The perpendicular magnetic recording type magnetic recording medium according to the present invention has a configuration in which a conventional soft magnetic backing layer is replaced with a soft magnetic backing layer including a magnetic film according to the present invention. In the perpendicular magnetic recording type magnetic recording medium including the magnetic film according to the present invention, a soft magnetic backing layer in the perpendicular magnetic recording medium can be formed without requiring a rare metal such as Ru.

本発明の酸化物層／絶縁物層／金属層からなる磁性層の１層を軟磁性裏打ち層に含んでもよく、複数の層を積層して含んでもよく、層間に磁性材、非磁性材、絶縁材、導体などを介在させてもよい。   One layer of the magnetic layer comprising the oxide layer / insulator layer / metal layer of the present invention may be included in the soft magnetic backing layer, or a plurality of layers may be stacked, and a magnetic material, a nonmagnetic material, An insulating material, a conductor, or the like may be interposed.

非磁性基板４３には、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板を用いることができ、これらの基板上にテクスチャ処理を施してもよい。   As the nonmagnetic substrate 43, for example, an Al substrate, a glass substrate, or a Si substrate can be used, and texture treatment may be performed on these substrates.

＜実施例５＞
実施例５は、本発明に係る酸化物層／絶縁物層／金属層の磁性膜を含む磁気記録媒体に関するものである。 <Example 5>
Example 5 relates to a magnetic recording medium including a magnetic film of oxide layer / insulator layer / metal layer according to the present invention.

図１３を用いて、本発明に係る酸化物層／絶縁物層／金属層を含む、磁気記録媒体の磁気記録層の構成を説明する。磁気記録媒体は非磁性基板４３上に下から順に、シード層４９、下地層３５、非磁性中間層３４、酸化物／絶縁物／金属層３１、保護層２９を設けた構造を有している。保護層２９上にはさらに潤滑層２８を設けてもよい。   The configuration of the magnetic recording layer of the magnetic recording medium including the oxide layer / insulator layer / metal layer according to the present invention will be described with reference to FIG. The magnetic recording medium has a structure in which a seed layer 49, an underlayer 35, a nonmagnetic intermediate layer 34, an oxide / insulator / metal layer 31, and a protective layer 29 are provided on a nonmagnetic substrate 43 in order from the bottom. . A lubricating layer 28 may be further provided on the protective layer 29.

上記非磁性基板４３は、例えばＡｌ基板、ガラス基板、またはＳｉ基板からなる。この基板上にテクスチャ処理を施してもよい。   The nonmagnetic substrate 43 is made of, for example, an Al substrate, a glass substrate, or a Si substrate. Texture processing may be performed on this substrate.

シード層４９は、例えば、非磁性基板４３がＡｌまたはＡｌ合金の場合は、ＮｉＰを用いることができる。非磁性基板４３がガラスからなる場合にはＮｉＡｌ、ＦｅＡｌなどを用いることができる。このシード層にテクスチャ処理または酸化処理を施してもよい。シード層４９は、この上に設けられる下地層３５の配向を良好にするために設けられる。下地層３５にはＣｒまたはＣｒ系合金などを用いることができる。   For example, NiP can be used for the seed layer 49 when the nonmagnetic substrate 43 is made of Al or an Al alloy. When the nonmagnetic substrate 43 is made of glass, NiAl, FeAl, or the like can be used. This seed layer may be textured or oxidized. The seed layer 49 is provided in order to improve the orientation of the foundation layer 35 provided thereon. For the underlayer 35, Cr or a Cr-based alloy can be used.

非磁性中間層３４は、この上に設けられる磁性多層膜の成膜および配向の均一性を促進するために設けられる。例えば四酸化三鉄膜の成膜においてはＭｇＯ（００１）面を非磁性中間層３４として用いることができるが、非磁性中間層３４の材質はこれに限ったものではなく、本発明に係る磁性膜を成膜しうるものであれば何でもよい。   The nonmagnetic intermediate layer 34 is provided to promote the uniformity of the formation and orientation of the magnetic multilayer film provided thereon. For example, in the formation of a triiron tetroxide film, the MgO (001) surface can be used as the nonmagnetic intermediate layer 34, but the material of the nonmagnetic intermediate layer 34 is not limited to this, and the magnetic material according to the present invention is not limited thereto. Any film can be used as long as it can form a film.

保護層２９、潤滑層２８は磁気記録媒体上の保護層構造を構成するもので、材質は特に問わない。   The protective layer 29 and the lubricating layer 28 constitute a protective layer structure on the magnetic recording medium, and the material is not particularly limited.

図６、図９を用いて前述したように、本発明に係る酸化物層／絶縁物層／金属層からなる磁気記録媒体は、反強磁性的層間結合が発生したことを示しているので、従来の反強磁性的層間結合を有する積層膜に代替することが可能である。すなわち、本発明に係る磁性膜は、Ｒｕなどの希少材料を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁気記録媒体を提供できる。   As described above with reference to FIGS. 6 and 9, the magnetic recording medium comprising the oxide layer / insulator layer / metal layer according to the present invention shows that antiferromagnetic interlayer coupling has occurred. It is possible to replace the conventional laminated film having antiferromagnetic interlayer coupling. That is, the magnetic film according to the present invention can provide a magnetic recording medium using antiferromagnetic interlayer coupling without using a rare material such as Ru.

以上示したように、本発明に係る酸化物層／絶縁物層／金属層からなる磁気記録媒体においては、酸化物層／絶縁物層／金属層からなる磁性層を１層だけ含んでもよく、磁性層を任意の枚数だけ適宜積層してもよい。該磁性層の上下に他の磁性層、非磁性層、導電物、絶縁物などを積層してもよく、それらの化学組成、表面形状、順序は問わない。   As described above, the magnetic recording medium composed of oxide layer / insulator layer / metal layer according to the present invention may include only one magnetic layer composed of oxide layer / insulator layer / metal layer, Any number of magnetic layers may be appropriately stacked. Other magnetic layers, non-magnetic layers, conductive materials, insulators, and the like may be stacked above and below the magnetic layer, and their chemical composition, surface shape, and order are not limited.

本発明に係る磁気記録媒体は、従来型の反強磁性的層間結合を利用するために磁気記録層が含んでいるＲｕ層などの非磁性絶縁層を不要とし、従来型の反強磁性的層間結合を利用する磁気記録媒体に代替して使用できる。   The magnetic recording medium according to the present invention does not require a nonmagnetic insulating layer such as a Ru layer included in the magnetic recording layer in order to use the conventional antiferromagnetic interlayer coupling, and does not require a conventional antiferromagnetic interlayer. It can be used in place of a magnetic recording medium using coupling.

＜実施例６＞
実施例６は、本発明の磁性膜を含む、磁気記憶装置に関するものである。 <Example 6>
Example 6 relates to a magnetic memory device including the magnetic film of the present invention.

図１５は、本発明に係る磁気記憶装置の要部を示す平面図である。磁気記憶装置は大略ハウジング７３、ハブ７５、磁気記録媒体７６、記録再生ヘッド７７、サスペンション７８、アーム７９が設けられている。磁気記録媒体７６は、モータ（図示せず）により回転するハブ７５に取り付けられている。記録再生ヘッド７７は、ＭＲヘッドや、ＧＭＲヘッド等の読み取りヘッドと、インダクティブヘッド等の記録ヘッドからなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド７７は、アーム７９の先端にサスペンション７８を介して取り付けられている。磁気記録媒体７６は、複数の枚数を適宜隔ててハブ７５に接続してもよく、それぞれの磁気記憶媒体ごとに記録再生ヘッド、サスペンション、アームを設けてもよい。この磁気記憶装置の基本構成自体は公知であり、その詳細な説明は本明細書では省略する。   FIG. 15 is a plan view showing the main part of the magnetic memory device according to the present invention. The magnetic storage device is generally provided with a housing 73, a hub 75, a magnetic recording medium 76, a recording / reproducing head 77, a suspension 78, and an arm 79. The magnetic recording medium 76 is attached to a hub 75 that is rotated by a motor (not shown). The recording / reproducing head 77 is a composite recording / reproducing head including a reading head such as an MR head or a GMR head and a recording head such as an inductive head. The recording / reproducing head 77 is attached to the tip of an arm 79 via a suspension 78. A plurality of magnetic recording media 76 may be connected to the hub 75 by appropriately separating a plurality of numbers, and a recording / reproducing head, a suspension, and an arm may be provided for each magnetic storage medium. The basic configuration of this magnetic storage device is known per se, and a detailed description thereof is omitted in this specification.

前記磁気記憶装置の実施例で、磁気記録媒体７６として、図１３で説明した構成を有する磁気記録媒体を用いることができる。ハウジング７３に収める磁気記録媒体７６の枚数は１枚に限らず２枚でもよく、３枚でもよく、枚数は問わない。１枚の磁気記録媒体の片面のみを磁気記録に用いてもよく、両面を磁気記録に用いてもよい。   In the embodiment of the magnetic storage device, the magnetic recording medium 76 having the configuration described with reference to FIG. The number of magnetic recording media 76 stored in the housing 73 is not limited to one, but may be two or three, and the number is not limited. Only one side of one magnetic recording medium may be used for magnetic recording, or both sides may be used for magnetic recording.

本発明の磁気記録媒体を含む磁気記憶装置は、図１５に示すものに限定されるものではない。また、本発明で用いる磁気記憶媒体は磁気ディスクに限定されるものではない。   The magnetic storage device including the magnetic recording medium of the present invention is not limited to the one shown in FIG. The magnetic storage medium used in the present invention is not limited to a magnetic disk.

＜実施例７＞
実施例７は、本発明の磁性膜を含む、磁気ランダムアクセスメモリに関するものである。 <Example 7>
Example 7 relates to a magnetic random access memory including the magnetic film of the present invention.

図１４は、本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルの構成を示す図であり、基板６３、シード層６２、下地層６１、反強磁性層５６、固定層５３、トンネル接合層６０、フリー層５２が積層された構造を有し、固定層５３は金属層５４、絶縁物層５１、酸化物層５５からなる。
本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいては、反強磁性的層間結合を利用して磁極が固定されている固定層５３において、Ｒｕ等の非磁性層を介することなく固定層を構成できる。 FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the magnetic memory cell of the magnetic random access memory according to the present invention. The substrate 63, the seed layer 62, the underlayer 61, the antiferromagnetic layer 56, the fixed layer 53, the tunnel junction layer 60, The fixed layer 53 includes a metal layer 54, an insulator layer 51, and an oxide layer 55.
In the magnetic memory cell of the magnetic random access memory according to the present invention, the fixed layer is configured without using a nonmagnetic layer such as Ru in the fixed layer 53 in which the magnetic pole is fixed using antiferromagnetic interlayer coupling. it can.

本発明に係る磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいては、固定層５３は酸化物／絶縁物層／金属層からなる１つの層を用いてもよく、複数の磁性多層膜を積層して用いてもよい。フリー層５２と固定層５３の間に、また固定層５３と反強磁性層５６の間に、非磁性層または絶縁層を介在してもよい。   In the magnetic memory cell of the magnetic random access memory according to the present invention, the fixed layer 53 may be a single layer composed of an oxide / insulator layer / metal layer, and a plurality of magnetic multilayer films are stacked and used. Also good. A nonmagnetic layer or an insulating layer may be interposed between the free layer 52 and the fixed layer 53 and between the fixed layer 53 and the antiferromagnetic layer 56.

本発明に係る磁性膜は、従来方式の磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいて、反強磁性的層間結合を利用するために内部にＲｕ等の非磁性層を必要とした箇所に置き換えて、用いることができる。   The magnetic film according to the present invention is used in a magnetic memory cell of a conventional magnetic random access memory by replacing it with a portion that requires a nonmagnetic layer such as Ru in order to use antiferromagnetic interlayer coupling. be able to.

また、本発明に係る磁性膜は、磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルにおいて、反強磁性的層間結合を利用する磁性多層膜の組成にＣｏを必要とせず、希少金属の供給不安に係る問題を解消しうる。   In addition, the magnetic film according to the present invention does not require Co in the composition of the magnetic multilayer film using the antiferromagnetic interlayer coupling in the magnetic memory cell of the magnetic random access memory, and has a problem relating to the supply anxiety of rare metals. Can be resolved.

以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、酸化物としてＦｅ２ＮｉＯ４を用い、金属としてＦｅを用い、絶縁物としてＭｇＯを用い、それぞれを順次成膜して製作される酸化物層／絶縁物層／金属層にも同様に対応することができる。 As mentioned above, although demonstrated using embodiment of this invention, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention. For example, Fe 2 NiO 4 is used as an oxide, Fe is used as a metal, MgO is used as an insulator, and oxide layers / insulator layers / metal layers manufactured by sequentially depositing each of them are similarly supported. can do.

本発明の磁気記録媒体に含まれる磁性膜は、Ｃｏ、Ｒｕなどの希少金属を用いることなく、反強磁性的層間結合を利用する磁性多層膜として使用できるので、該層間結合を利用する磁気記録媒体、垂直磁化記録方式における軟磁性裏打ち層、磁気記憶装置、磁気メモリセルなどに使用できる。   Since the magnetic film included in the magnetic recording medium of the present invention can be used as a magnetic multilayer film utilizing antiferromagnetic interlayer coupling without using rare metals such as Co and Ru, magnetic recording utilizing the interlayer coupling is possible. It can be used for a medium, a soft magnetic underlayer in a perpendicular magnetization recording system, a magnetic storage device, a magnetic memory cell, and the like.

本発明の反強磁性的層間結合を有する磁気記録媒体の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic-recording medium which has the antiferromagnetic interlayer coupling of this invention. 本発明に係る磁性膜を製作するための成膜装置を示す図である。It is a figure which shows the film-forming apparatus for manufacturing the magnetic film based on this invention. （ａ）公知の四酸化三鉄の分子構造モデルを示す模式図、（ｂ）公知のマグヘマイトの分子構造モデルを示す模式図である。(A) Schematic diagram showing a known molecular structure model of triiron tetroxide, (b) Schematic diagram showing a known molecular structure model of maghemite. 本発明の磁性多層膜に含まれる、ＭｇＯ基板上マグヘマイト膜、ＭｇＯ基板上四酸化三鉄膜の温度対電気抵抗率を示す図である。It is a figure which shows the electrical resistance rate with respect to the temperature of the maghemite film | membrane on a MgO board | substrate and the triiron tetraoxide film | membrane on a MgO board | substrate contained in the magnetic multilayer film of this invention. 本発明の磁気記録媒体の製造における、マグヘマイト膜、四酸化三鉄膜の成膜中ＲＨＥＥＤ像強度の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the RHEED image intensity during film-forming of a maghemite film | membrane and a triiron tetraoxide film | membrane in manufacture of the magnetic recording medium of this invention. （ａ）四酸化三鉄膜／鉄膜、（ｂ）四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。It is a figure which shows the magnetization curve of the iron film in (a) triiron tetroxide film / iron film, (b) triiron tetroxide film / MgO film / iron film. 四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における、層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。It is a figure which shows the MgO film thickness dependence of the interlayer coupling constant in a triiron tetroxide film / MgO film / iron film. 四酸化三鉄膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the interlayer coupling constant in a triiron tetraoxide film / MgO film / iron film. マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における鉄膜の磁化曲線を示す図である。It is a figure which shows the magnetization curve of the iron film in a maghemite film / MgO film / iron film. マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数のＭｇＯ膜厚依存性を示す図である。It is a figure which shows the MgO film thickness dependence of the interlayer coupling constant in a maghemite film / MgO film / iron film. マグヘマイト膜／ＭｇＯ膜／鉄膜における層間結合定数の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of the interlayer coupling constant in a maghemite film / MgO film / iron film. 本発明に係る磁性膜を用いた、垂直磁気記録方式における軟磁性裏打ち層を示す図である。It is a figure which shows the soft magnetic backing layer in a perpendicular magnetic recording system using the magnetic film which concerns on this invention. 本発明に係る磁性膜を用いた、磁気記録媒体の磁気記録層を示す図である。It is a figure which shows the magnetic recording layer of the magnetic recording medium using the magnetic film which concerns on this invention. 本発明に係る磁性膜を用いた、磁気ランダムアクセスメモリの磁気メモリセルを示す図である。It is a figure which shows the magnetic memory cell of the magnetic random access memory using the magnetic film which concerns on this invention. 本発明に係る磁性膜を用いた、磁気記憶装置を示す図である。It is a figure which shows the magnetic memory device using the magnetic film which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 基板
２ 第１磁性層（酸化物層）
３ 第２磁性層（金属層）
４ 絶縁物層
７ 酸化源に純酸素ガスを使用して製作したＦｅ３Ｏ４／Ｆｅ磁性膜の温度対電気抵抗率特性
８ 酸化源に１０％オゾンガス、９０％酸素ガスを使用して製作したＦｅ３Ｏ４／Ｆｅ磁性膜の温度対電気抵抗率特性
１１ 基板
１３ 真空槽
１４ 原材料である鉄
１５ るつぼ
１６ 電子銃
１７ 電子ビーム
１８ 真空蒸着装置
１９ 酸化源ガス発生装置
２０ 配管
２１ 可変リークバルブ
２２ ノズル
２３ 酸素ガス
２４ 鉄の蒸気
２５ ヒータ
２８ 潤滑層
２９ 保護層
３０ 金属層
３１ 酸化物／絶縁物／金属層
３２ 酸化物層
３３ 絶縁物層
３４ 非磁性中間層
３５ 下地層
３７ 垂直記録用ヘッド
３８ 読み取りヘッド
３９ 記録ビット
４０ 金属層
４１ 垂直磁気記録層
４２ 軟磁性裏打ち層
４３ 非磁性基板
４４ 酸化物層
４５ 絶縁物層
４９ シード層
５１ 絶縁物層
５２ フリー層
５３ 固定層
５４ 金属層
５５ 酸化物層
５６ 反強磁性層
６０ トンネル接合層
６１ 下地層
６２ シード層
６３ 基板
７３ ハウジング
７５ ハブ
７６ 磁気記録媒体
７７ 記録再生ヘッド
７８ サスペンション
７９ アーム 1 Substrate 2 First magnetic layer (oxide layer)
3 Second magnetic layer (metal layer)
4 Insulator layer 7 Temperature vs. electrical resistivity characteristics of Fe 3 O 4 / Fe magnetic film fabricated using pure oxygen gas as oxidation source 8 Fabricated using 10% ozone gas and 90% oxygen gas as oxidation source Temperature vs. Electrical Resistivity Characteristics of Fe 3 O 4 / Fe Magnetic Film 11 Substrate 13 Vacuum Chamber 14 Raw Material Iron 15 Crucible 16 Electron Gun 17 Electron Beam 18 Vacuum Deposition Device 19 Oxidation Source Gas Generator 20 Piping 21 Variable Leak Valve 22 Nozzle 23 Oxygen gas 24 Iron vapor 25 Heater 28 Lubrication layer 29 Protective layer 30 Metal layer 31 Oxide / insulator / metal layer 32 Oxide layer 33 Insulator layer 34 Nonmagnetic intermediate layer 35 Underlayer 37 Vertical recording head 38 Read head 39 Recording bit 40 Metal layer 41 Perpendicular magnetic recording layer 42 Soft magnetic backing layer 43 Nonmagnetic substrate 44 Oxide layer 45 Insulator 49 Seed layer 51 Insulator layer 52 Free layer 53 Fixed layer 54 Metal layer 55 Oxide layer 56 Antiferromagnetic layer 60 Tunnel junction layer 61 Underlayer 62 Seed layer 63 Substrate 73 Housing 75 Hub 76 Magnetic recording medium 77 Recording / reproducing head 78 Suspension 79 arm

Claims (13)

第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体であって、
前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ ３ Ｏ ４ ）または、四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）または、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記非磁性層が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または、酸化マグネシウムを含む絶縁物からなる磁気記録媒体。 A magnetic recording medium including a structure in which a first magnetic layer and a second magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer,
The first magnetic layer is made of an oxide having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure,
The second magnetic layer is made of a metal having ferromagnetism alone or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone.
The oxide is triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing triiron tetroxide ,
The metal is iron (Fe), or the alloy is an alloy containing iron,
A magnetic recording medium in which the nonmagnetic layer is made of magnesium oxide (MgO) or an insulator containing magnesium oxide . 請求項１に記載の磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である磁気記録媒体。 The magnetic recording medium according to claim 1 ,
A magnetic recording medium in which the thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is more than 0 nm and not more than 0.7 nm. 第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む磁気記録媒体であって、
前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記酸化物がマグヘマイト（γ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ ）または、マグヘマイトを含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）または、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記非磁性層が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または、酸化マグネシウムを含む絶縁物からなる磁気記録媒体。 A magnetic recording medium including a structure in which a first magnetic layer and a second magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer,
The first magnetic layer is made of an oxide having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure,
The second magnetic layer is made of a metal having ferromagnetism alone or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone.
The oxide is maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or an oxide containing maghemite ,
The metal is iron (Fe), or the alloy is an alloy containing iron,
A magnetic recording medium in which the nonmagnetic layer is made of magnesium oxide (MgO) or an insulator containing magnesium oxide . 請求項３に記載の磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気記録媒体。 The magnetic recording medium according to claim 3 ,
A magnetic recording medium in which the nonmagnetic layer made of the insulator has a thickness of 0.3 nm to 1.3 nm. 垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、
前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ ３ Ｏ ４ ）または、四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）または、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記非磁性層が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または、酸化マグネシウムを含む絶縁物からなる垂直磁気記録媒体。 A perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular magnetic recording layer and a soft magnetic backing layer,
The soft magnetic underlayer includes a film including a structure in which a first soft magnetic layer and a second soft magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer;
The first magnetic layer is made of an oxide having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure,
The second magnetic layer is made of a metal having ferromagnetism alone or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone.
The oxide is triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing triiron tetroxide ,
The metal is iron (Fe), or the alloy is an alloy containing iron,
A perpendicular magnetic recording medium in which the nonmagnetic layer is made of magnesium oxide (MgO) or an insulator containing magnesium oxide . 請求項５に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である垂直磁気記録媒体。 The perpendicular magnetic recording medium according to claim 5 ,
A perpendicular magnetic recording medium in which a thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator is more than 0 nm and not more than 0.7 nm. 垂直磁気記録層と軟磁性裏打ち層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記軟磁性裏打ち層は第１軟磁性層と、第２軟磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合した構造を含む膜を有し、
前記第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記酸化物がマグヘマイト（γ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ ）または、マグヘマイトを含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）または、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記非磁性層が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または、酸化マグネシウムを含む絶縁物からなる垂直磁気記録媒体。 A perpendicular magnetic recording medium having a perpendicular magnetic recording layer and a soft magnetic backing layer,
The soft magnetic underlayer includes a film including a structure in which a first soft magnetic layer and a second soft magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer;
The first magnetic layer is made of an oxide having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure,
The second magnetic layer is made of a metal having ferromagnetism alone or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone.
The oxide is maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or an oxide containing maghemite ,
The metal is iron (Fe), or the alloy is an alloy containing iron,
A perpendicular magnetic recording medium in which the nonmagnetic layer is made of magnesium oxide (MgO) or an insulator containing magnesium oxide . 請求項７に記載の垂直磁気記録媒体であって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである垂直磁気記録媒体。 The perpendicular magnetic recording medium according to claim 7 ,
A perpendicular magnetic recording medium, wherein the nonmagnetic layer made of the insulator has a thickness of 0.3 nm to 1.3 nm. 請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体又は請求項５から８のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体又は垂直磁気記録媒体に対して情報の記録及び／又は再生を行うヘッドとを備えた、磁気記憶装置。 The magnetic recording medium according to any one of claims 1 to 4 , or the perpendicular magnetic recording medium according to any one of claims 5 to 8, and information of the magnetic recording medium or the perpendicular magnetic recording medium. A magnetic storage device comprising a head for recording and / or reproducing. 磁気記憶領域を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気記憶領域は第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合して磁極が固定された状態の固定層を有し、
前記固定層の第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記固定層の第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記酸化物が四酸化三鉄（Ｆｅ ３ Ｏ ４ ）または、四酸化三鉄を含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）または、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記非磁性層が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または、酸化マグネシウムを含む絶縁物からなる磁気ランダムアクセスメモリ。 A magnetic random access memory having a magnetic storage area,
The magnetic storage region has a fixed layer in which the first magnetic layer and the second magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer and the magnetic pole is fixed .
The first magnetic layer of the pinned layer is made of an oxide having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure;
The second magnetic layer of the pinned layer is made of a metal having ferromagnetism alone or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone.
The oxide is triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) or an oxide containing triiron tetroxide ,
The metal is iron (Fe), or the alloy is an alloy containing iron,
A magnetic random access memory in which the nonmagnetic layer is made of magnesium oxide (MgO) or an insulator containing magnesium oxide . 請求項１０に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０ｎｍをこえ０．７ｎｍ以下である磁気ランダムアクセスメモリ。The magnetic random access memory according to claim 10 ,
A magnetic random access memory in which the thickness of the nonmagnetic layer made of the insulator exceeds 0 nm and is 0.7 nm or less. 磁気記憶領域を有する磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記磁気記憶領域は第１磁性層と、第２磁性層とが非磁性層を介して、磁気的に反平行状態で結合して磁極が固定された状態の固定層を有し、
前記固定層の第１磁性層がスピネル型または逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物からなり、
前記固定層の第２磁性層が単体で強磁性を有する金属または、単体で強磁性を有する金属を含む合金からなり、
前記酸化物がマグヘマイト（γ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ ）または、マグヘマイトを含む酸化物であり、
前記金属が鉄（Ｆｅ）または、前記合金が鉄を含む合金からなる金属であり、
前記非磁性層が酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または、酸化マグネシウムを含む絶縁物からなる磁気ランダムアクセスメモリ。 A magnetic random access memory having a magnetic storage area,
The magnetic storage region has a fixed layer in which the first magnetic layer and the second magnetic layer are magnetically coupled in an antiparallel state via a nonmagnetic layer and the magnetic pole is fixed.
The first magnetic layer of the pinned layer is made of an oxide having a spinel or inverse spinel ionic crystal structure;
The second magnetic layer of the pinned layer is made of a metal having ferromagnetism alone or an alloy containing a metal having ferromagnetism alone.
The oxide is maghemite (γ-Fe 2 O 3 ) or an oxide containing maghemite ,
The metal is iron (Fe), or the alloy is an alloy containing iron,
A magnetic random access memory in which the nonmagnetic layer is made of magnesium oxide (MgO) or an insulator containing magnesium oxide . 請求項１２に記載の磁気ランダムアクセスメモリであって、
前記絶縁物による非磁性層の厚さが０．３ｎｍから１．３ｎｍである磁気ランダムアクセスメモリ。 The magnetic random access memory according to claim 12 ,
A magnetic random access memory in which the nonmagnetic layer made of the insulator has a thickness of 0.3 nm to 1.3 nm.
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